物理界面现象

dH TdS Vdp B dnB dAS B
dA SdT pdV B dnB dAS B
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2020/4/28
2. 热力学公式
由此可得：
G AS
T
,
p,nB,
U AS
S ,V
,nB,
H AS
T
,
p,nB,
A AS
T
,V
,nB,
(金属键)>(离子键)>(极性共价键)>(非极性共价键)
b) 液体间的界面张力，界于两液体各自表面张力之间。
② 温度的影响 T↑，l-g差异↓， ↓
③ 压力的影响 l-g差异↓, 一般随压力的增加而下降。
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§10.2 弯曲液面附加压力及其后果
➢ 弯曲液面的附加压力——拉普拉斯方程 ➢ 微小液滴的饱和蒸汽压——开尔文公式 ➢ 亚稳状态及新相的生成
➢受力情况特殊：
内部分子：合力为0 热运动不需要做功
g
表面
l
表面分子：不对称力场(不均匀力场) 分子倾向于钻入液体内部
➢ 能量特殊：
将一个内部分子移动到表面上，环境要克服不对称力场而
作功。 (表面分子) > (内部分子)
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1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数
即： dG δW ' dAS
故：
G AS
T , p
——表面吉布斯函数
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2. 热力学公式
考虑表面功W’ ，热力学基本公式中应相应增加dA
一项，即：
dG SdT Vdp B dnB dAS B
dU TdS pdV B dnB dAS B
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
液体内部分子所受的力彼此抵销，但表面 分子受到体相分子的拉力大，受到气相分 子的拉力小（因为气相密度低），所以表 面分子受到被拉入体相的作用力。
这种作用力使表面有自动收缩 到最小的趋势，并使表面层显 示出一些独特性质，如表面张 力、表面吸附、毛细现象、过 饱和状态等。
恒T, p，且各相组成不变时：
GS = AS
系统有多个界面时：
GS = iAiS
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3. 界面张力及其影响因素
G
A T , p,nB ,
所以 与T，p，组成有关。
① 物质性质的影响
a) 纯物质的 决定于分子间化学键的强度，一般化学键 越强， 越大。
液面正面图
p外
A
B
p
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1.弯曲液面的附加压力——拉普拉斯方程
(2) 在凸面上
球面上的环作为边界。由于环上每点
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几个概念
e. 固-固界面
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几个概念
➢ 比表面 用于描述物质的界面面积
反映了物质分散的程度。 有两种常用的表示方法：
a) 单位质量的固体所具有的表面积； aS = AS/m
b) 单位体积固体所具有的表面积。 aV = AS/V
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几个概念
例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小 立方体时，比表面增长情况列于下表：
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
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1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数
表面的不对称力场→表面分子企图“钻入” 内部→表面收缩(A↓)：即宏观存在表面收缩力
➢ 表面张力定义：
作用在表面上，企图使表面收缩的
力，，N.m-1。它是表面不对称力
场的度量。它垂直于表面的边界， 指向液体方向并与表面相切。
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1.弯曲液面的附加压力——拉普拉斯方程
(1) 在平面上
直径为AB的一个环，边界上都 存在表面张力，沿直径方向， 分布，且大小相等，方向相反， 所以受力平衡。
设向下的大气压力为p外，向上的 反作用力也为p = p外 ，附加压力 p等于零。
p = p外 p =0
F = 2l
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1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数
2. 表面功
➢将内部分子移至表面，环境作功。结果：
(1)分子能 量增加，
(2) 系统A↑，因此称“表面功”。 W’ = Fdx = 2ldx =dAS
➢定义：在等温等压定组成的条件下，可逆地增大系统
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几个概念
a. 气-液界面
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几个概念
b. 气-固界面
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几个概念
c. 液-液界面
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几个概念
d. 液-固界面
纳米材料高催化活性的原因
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§10.1 界面张力
➢ 液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数 ➢ 热力学公式 ➢ 界面张力及其影响因素
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2020/4/28
1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数
1. 表面张力
表面分子的特殊性
的表面积A时所作的功，W ´
➢计算：等T、p、组成时，可逆增大面积dAS，则
δW ' dAS
δW '
dAS
——单位面积 的表面功
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1.液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数
3. 表面吉布斯函数
恒T, p时，可逆过程的非体积功W’等于过程的 吉布斯函数变ΔG。
第十章 界面现象
10.1 界面张力 10.2 弯曲液面的附加压力及其后果 10.3 固体表面 10.4 液-固界面 10.5 溶液表面
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几个概念
➢ 表面和界面
① 常见的界面有：气-液界面，气-固界面， 液-液界面，液-固界面，固-固界面。
② 界面是指两相接触的约几个分子厚度的 过渡区，若其中一相为气体，这种界面 通常称为表面。